بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روشهای جایگزین برای تأمین انرژی گلخانهها، استفاده از پمپهای حرارتی زمینگرمایی است. یکی از پارامترهای مهمّ کارکرد این پمپها، لولههایی است که در زمین کار گذاشته میشود که به مجموعهی آنها، کویل زمینی میگویند. برای یافتن اندازهی کویل زمینی، ابتدا نیاز حرارتی و برودتی گلخانه باید مشخص شود. سپس، انتقال حرارتبین خاک و سیّال عامل درون لولهها، باید به شکلی مناسب مدلسازی شود.
در مقالهی حاضر، برای دستیابی به این هدف، یک گلخانهی 1000 متری در جنوب شهر کرج در نظر گرفته شد. سپس باتوجّه به دادههای دمای هوا و شدّت تابش آفتاب، بارهای حرارتی و برودتی گلخانه مدل شد. برای غلبه بر این بارها، با استفاده از برنامهنویسی در محیط نرمافزار متلب، سه طول 4000 متر، 6000 متر و 8000 متر برای کویل زمینی به دست آمد. ارزیابی انجام شده نشان میدهد که با افزایش طول لوله، نیاز به دستگاههای کمکی در تهویهی گلخانه کاهش مییابد.
مقدّمه
گلخانههای کشور، امروز، در پی راهکاری برای مدیریّت مصرف انرژی خود هستند. با افزایش قیمت حاملهای انرژی در کشور و واقعیتر شدن هزینههای انرژی، بسیاری از گلخانهها در تأمین این هزینهها با مشکلاتی اساسی روبهرو شدهاند. گلخانههایی که پیش از این به شکلی گسترده برای تولید صیفیجات به کار گرفته میشدند، به شدّت محدود گشتهاند و بسیاری از آنها تعطیل شده و دیگر مورد استفاده قرار نمیگیرند. گلخانهای موجود نیز صرفاً به تولید گلها و گیاهان زینتی میپردازند.
با توجّه به این که سوختهای فسیلی منبع انرژی تمامی گلخانههای کشور تا به امروز بودهاند، با افزایش قیمت آنها، گلخانهداران و صاحبان صنایع گلخانه با مشکل هزینههای انرژی روبهرو گشتهاند. رویارویی با چنین مشکلی ارائهی راهکارهایی نوین را برای تأمین انرژی گلخانهها میطلبد. یکی از این راهکارها، استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر است که منابع آنها در گذر زمان کاهش نیافته و میتوانند برای همیشه مورد استفاده و بهرهبرداری قرار گیرند. این انرژیها میتوانند چارهای برای حلّ مشکل تأمین انرژی گلخانههای کشور باشند.
از میان انواع انرژیهای تجدیدپذیر، انرژی گرمایی زمین برای تأمین انرژی گلخانههامورد توجّه بسیاری قرار گرفته است 2[،.]1 گرمای زمین رایگان و نامحدود است. همیشه و در هر نقطهای از کرهی زمین در دسترس است. از این رو، هر کشوری میتواند از آن استفاده نماید. انرژی زمینگرمایی منبعی پایدار و همیشگی برای تأمین انرژی است بنابراین، در تأمین انرژی، کاملاً قابل اطمینان است .]3[
در بهرهگیری از انرژی گرمایی زمین، راهکارهای گوناگونی وجود دارد. یکی از این راهکارها، پمپهای حرارتی زمینگرمایی هستند که میتوانند به عنوان گزینهای مناسب برای تأمین انرژی گلخانهها مورد استفاده قرار گیرند،امّا پیش از هر اقدام عملی برای ورود این فنّاوری به صنعت گلخانه، عملکرد آن باید بررسی شده و مورد ارزیابی قرار بگیرد .]4-7[ مقالهی حاضر، به دنبال دستیابی به الگویی برای ارزیابی کارکرد این سیستمهاو نهایتاً سنجش عملکرد آنها در تأمین انرژی گلخانهها است.
اخیراً، تحقیقات فراوانی در زمینهی کاربرد پمپهای حرارتی زمینگرمایی در تأمین انرژی گلخانهها انجام شده است. میلر - Miller - ، در یک بررسی جامع، سیستم گرمایش زمینگرمایی و سیستمهای رایج گرمایش را با یکدیگر مقایسه نموده است. نتایج او نشان میدهند که در استفاده از پمپ حرارتی زمینگرمایی، میانگین هزینهی انرژی به ازای هر فوت مربع، کمتر از مقداری است که در استفاده از سیستمهای مصرف کنندهی سوختهای فسیلی صرف میشود .]8[ کمپیوتی و همکاران - Campiotti et al. - راهکارهای نوینی را که اخیراً در تأمین انرژی گلخانه استفاده شده، بررسی کردهاند.
آنها در تحقیق خود به ذکر ویژگیهای پمپ حرارتی زمینگرمایی میپردازند و اشاره میکنند که استفاده از آن هزینهای جاری تأمین انرژی گلخانه را حدّاقل %35 کاهش میدهد .]9[ ودیعی و مارتین - Vadiee and Martin - به بررسی مدیریّت انرژی در پرورش گلخانهای محصولات کشاورزی پرداخته-اند. آنها با یک بررسی مبسوط در مصرف انرژی بخش کشاورزی، نتیجهگیری میکنند که استفاده از پمپ حرارتی زمینگرمایی برای ذخیرهی انرژی بسیار کارآمد است .] 10[ بنلی - Benli - ، عملکرد پمپ حرارتی زمینگرمایی افقی و عمودی را در گرم کردن گلخانه، با یکدیگر مقایسه کرده است. او با ارزیابی اندازهگیریها و محاسبات خود، نشان میدهد که استفاده از پمپ حرارتی زمین-گرمایی برای گرمایش گلخانه بسیار مناسب است .]11[
ابعاد و اندازههای گلخانه
ابعاد و چگونگی طرّاحی گلخانههادر میزان مصرف انرژی از اهمّیّت بالایی برخوردار است. شکل و طرّاحی گلخانه میتواند میزان مصرف انرژی را شدیداً تحت تأثیر قرار دهد. پیش از انجام هر گونه محاسبهای نیاز است که ابعاد و اندازههای گلخانه مشخّص شود. در مقالهی حاضر، با استفاده از منابع علمی متفاوت، طرحهای مختلف گلخانهای مورد بررسی قرار گرفت و با توجّه به ویژگیهای مورد نیاز، گلخانهای با طرّاحی ارائه شده در شکل - 1 - برای سیستم انرژی مورد نظر انتخاب شد. ابعاد و اندازههای این گلخانه در جدول - 1 - ارائه شده است.
مدلسازی انتقال گرمای گلخانه
انتقال گرما در گلخانهها از دو عامل اصلی ناشی میشود. بخشی از تبادل گرما هنگامی است که بین هوای گلخانه و هوای بیرون اختلاف دما وجود داشته باشد. بخش دیگر به دلیل تابش آفتاب رخ میدهد. هنگامی که دمای بیرون بالا است، گرما از محیط بیرون به درون گلخانه انتقال پیدا خواهد کرد. از سوی دیگر، اگر دمای بیرون پایین باشد، گرما از گلخانه به بیرون منتقل میشود. برخلاف عامل نخست، تابش آفتاب همیشه باعث انتقال گرما به درون گلخانه و افزایش محتوای گرمای گلخانه خواهد شد.
